Локализация плазменных слоев в ионосфере Венеры по данным двухчастотного радиопросвечивания Фрязинский филиал Учреждения Российской академии наук Институт. - презентация

1 Локализация плазменных слоев в ионосфере Венеры по данным двухчастотного радиопросвечивания Фрязинский филиал Учреждения Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН Гаврик А.Л., Гаврик Ю.А., Самознаев Л.Н., Копнина Т.Ф.

2 Mariner-5 2 Mariner-10 2 Pioneer-Venus >200 Венера-15, Magellan 20 Venus-Express >120 Венера-9, Число солнечных пятен Год Количество сеансов радиопросвечивания Количество сеансов радиопросвечивания ~600

3 Cхема эксперимента двухчастотного радиопросвечивания на трассе спутник Bенеры наземная антенна Высотный профиль электронной концентрации в ионосфере Венеры N(h), см -3 Изменение мощности радиосигналов в ионосфере и атмосфере Х СМ Х ДМ 8 см 32 см Изменение частоты сигнала в ионосфере f ДМ 32 см Длительность сеанса радиопросвечивания 1 … 20 минут атмосфера Результаты измерений на Земле

4 Analog-digital converter 550 Hz Схема приема и регистрации когерентных сигналов 32 см и 8 см в экспериментах со станциями ВЕНЕРА-15,-16 Количество сеансов радиопросвечивания Диапазон зенитных углов Солнца 51 o < Z O < 160 o Интенсивность излучения Солнца F – 135 Дальность Венера – Земля 77 – 250 млн. км 32 см 8 см г. Евпатория dispersion interferometer г. Фрязино Closed-loop system of Tape-recorder

5 Высота над поверхностью Венеры, км Концентрация электронов в дневной ионосфере Венеры, см -3 Высотные профили электронной концентрации N(h), полученные с помощью станций ВЕНЕРА-15, г г г стабильность г г г изменчивость г г г стабильность г г г изменчивость

6 4·10 5 2· · · · ׀ ׀ ׀ ׀ ׀ Контурная карта высотного распределения электронной концентрации в дневной ионосфере Венеры для зенитных углов Солнца от 51 0 до 91 0 по данным станций ВЕНЕРА-15,-16 Зенитный угол Солнца, град. Высота над поверхностью Венеры, км.

7 Теория образования дневной ионосферы Венеры Исследуется турбулентная структура Обнаружено расслоение ионосферы Исследуются выявленные радиоэффекты Обнаружена нижняя ионосфера

8 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ Справедливы следующие приближения: Из выражений для p(t), (t), X(t) получен важный вывод: Известные приближенные соотношения Прицельный параметр радиолуча Н – высота прямолинейного радиолуча Угол рефракции радиолуча Δf – изменение частоты в ионосфере ΔF – изменение частоты в атмосфере Рефракционное ослабление мощности L – расстояние от КА до перицентра радиолуча V – скорость захода КА за планету Электронная концентрация в ионосфере f – частота зондирующего сигнала Вариации рефракционного ослабления совпадают с вариациями градиента частоты

9 Методика анализа экспериментальных данных - Высокоточное измерение частот ДМ- и СМ- сигналов - Формирование f(t)= 16/15* {Δf дм (t) Δf см (t) 4 }, приведенной разности частот Влияет: только плазма Δf дм = 4*Δf см Исключаются: нестабильность генераторов ΔF дм = ΔF см 4 погрешности траекторных данных ΔF дм = ΔF см 4 влияние нейтральной атмосферы ΔF дм = ΔF см 4 - Определение из f(t) влияния плазмы на изменение частоты ДМ-сигнала Δf(t) Высота линии прямой видимости спутника h, км изменение частоты ДМ-сигнала в дневной ионосфере Венеры При отсутствии плазмы частота 0 Гц Среднеквадратичное значение флуктуаций от до 0.03 Гц Δf, Гц

10 Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) при отсутствии корреляции амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур нейтральной атмосферы Высота линии прямой видимости спутника h, км Рефракционное ослабление ДМ- сигнала в атмосфере Рефракционное ослабление СМ- сигнала в атмосфере Корреляция рефракционных ослаблений ДМ- и СМ-сигналов в атмосфере слои в атмосфере На ночной стороне влияние ионосферы незаметно Х10Х10

11 Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) при отсутствии корреляции амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур нейтральной атмосферы. Высота линии прямой видимости спутника h, км Рефракционное ослабление ДМ-сигнала в атмосфере Рефракционные эффекты в дневной ионосфере Рефракционное ослабление СМ-сигнала в атмосфере корреляция рефракционных ослаблений ДМ- и СМ-сигналов в атмосфере нет корреляции ДМ- и СМ-сигналов Х10Х10

12 Рефракционное ослабление ДМ-сигнала Рефракционное ослабление, вычисленное из частоты ДМ-сигнала корреляция вариаций Х дм и Х f в ионосфере Высота линии прямой видимости спутника h, км Х210Х210 Рефракционные ослабления Х дм и Х f в атмосфере различаются Методика анализа экспериментальных данных (продолжение) - Корреляция амплитудных и частотных данных Х ДМ (t) Х f (t) при отсутствии корреляции рефракционного ослабления двух сигналов Х ДМ (t) Х СМ (t) свидетельствует о влиянии регулярных структур ионосферы и уменьшает влияние шума ( для шума нет корреляции флуктуаций Х ДМ и Х f ). атмосфера

13 1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Δt =0.116 В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Выявлено расслоение ионосферы Эффект сильной фокусировки Обнаружена нижняя ионосфера Венеры Экспериментально установленные новые радиоэффекты РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Δt =0.058

14 Высота линии прямой видимости спутника h, км Х Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Регулярное существование выявленных радиоэффектов Сильная фокусировка В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Обнаружена нижняя ионосфера Венеры Выявлено расслоение ионосферы РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Δt =0.116 Δt =0.058 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция

15 Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f 1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Δt =0.116 Δt =0.058 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Аномальное проявление радиоэффектов, они слабо зависят от Δt В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Расслоение ионосферы слабо выражено Эффект сильной фокусировки отсутствует Обнаружена многослойная структура нижней ионосферы

16 1 2 Х Высота линии прямой видимости спутника h, км РАДИОПРОСВЕЧИВАНИЕ ДНЕВНОЙ ИОНОСФЕРЫ ВЕНЕРЫ , выход станции ВЕНЕРА-15, зенитный угол Z O = Рефракционные ослабления сигналов Х ДМ, Х СМ и рассчитанные значения Х f Δt =0.116 Х ДМ и Х СМ : в атмосфере корреляция, в ионосфере корреляция отсутствует Х ДМ и Х f : в атмосфере нет корреляции, в ионосфере корреляция Δt =0.058 Подтверждается стабильное существование выявленных радиоэффектов В ионосфере полное совпадение Х ДМ и Х f Наблюдается расслоение ионосферы Наблюдается нижняя ионосфера Венеры Наблюдается сильная фокусировка

17 ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ Error N N 0, cm -3 N 0 (h), N(h), cm -3 N N 0 N 0, % f Dm f f Dm f Dm d dt f Dm d dt h,km

18 Заключение Доказано, что в дневной ионосфере Венеры на высотах от 80 км до 120 км регулярно существует ионосферная плазма. В ночной ионосфере эти слои не наблюдаются. Доказательство существования нижней части ионосферы стало возможным в результате очень точных измерений параметров радиосигналов и выявления теоретических взаимосвязей между параметрами когерентных радиосигналов. Работа выполнена при частичной поддержке: грант РФФИ а программа Президиума РАН 16 Спасибо за внимание